(Na_(0．5)K_(0．5))NbO_3基无铅压电陶瓷的研究进展

由于钙钛矿结构无铅压电陶瓷具有高的压电性能,已成为无铅压电陶瓷研究的热点．本文综述了钙钛矿结构无铅压电陶瓷(Na_(0．5)K_(0.5))NbO_3的研究进展和趋势．重点从添加第二组元、添加助烧剂、取代改性和制备方法四个方面,归纳和分析了(Na_(0．5)K_(0．5))NbO_3基无铅压电陶瓷的研究开发进展,并对(Na_(0.5)K_(0．5))NbO_3基无铅压电陶瓷今后的研究和发展提出一些建议．

无铅非线性介电储能陶瓷:现状与挑战

相对于聚合物等储能介质材料,介电陶瓷具有温度稳定性好和循环寿命长的优点,是制备脉冲功率储能电容器的优秀候选材料。但目前介电陶瓷的储能密度相对较低,不能满足脉冲功率设备小型化的要求。因此,如何显著提高介电陶瓷的储能密度成为近年来功能陶瓷研究的热点之一。本文首先介绍了介电储能电容器对陶瓷材料性能的要求,然后结合本课题组的研究工作,评述了BaTiO3基、BiFeO3基、(K0.5Na0.5)NbO3基无铅弛豫铁电陶瓷和(Bi0.5Na0.5)TiO3基、AgNbO3基无铅反铁电陶瓷储能特性的研究现状,重点阐述了不同材料体系的组分设计思路及相关储能特性,分析了无铅非线性介电储能陶瓷所面临的机遇和挑战,指出了应对策略。最后,展望了下一步的研究方向和内容。

准同型相界(MPB)附近BS-PT高温压电陶瓷研究

(1-x)BiScO3-xPbTiO3陶瓷(简记BS-PT)在x=64．0％附近存在一个从菱方晶系过渡到四方晶系的准同型相界,在此相界附近材料能获得优良的介电和压电性能．本文选取PbTiO3含量在64．0％-65．5％的准同型相界附近的材料组分,利用传统的固相烧结反应法合成了纯钙钛矿相结构的BS-PT陶瓷,通过对材料的相结构形成过程和内部形貌分析以及对介电、压电性能的研究,发现在x=64．5％的组分条件下,BS-PT陶瓷材料获得了准同型相界范围内的最优的压电性能,其室温压电常数d33可达500pC／N,且居里温度(Tc)达到了438℃,剩余极化强度和电致应变分别为44μC／cm2和3．5‰．研究表明,准同型相界附近的BS-PT陶瓷是一种优良的压电换能器和传感器材料．

压电陶瓷晶粒取向生长技术的研究进展

由于取向生长技术可以显著地提高压电陶瓷的性能,并且不会降低材料的居里温度,故压电陶瓷的晶粒取向生长技术已成为研究的热点.本文分别从定向凝固技术、多层晶粒生长技术、模板晶粒生长技术和反应模板晶粒生长技术等四个方面,归纳和分析了近年来压电陶瓷晶粒取向生长技术的研究进展,并对压电陶瓷晶粒取向生长技术今后的研究和发展提出一些建议.

PNW-PMS-PZT压电陶瓷准同型相界的压电性能研究

采用传统陶瓷工艺制备了PNW—PMS—PZT四元系压电陶瓷,分析了陶瓷样品的相结构组成,结果表明,所有陶瓷样品的相结构为纯钙钛矿相结构;研究了室温下PMS含量,PNW 含量和Zr/Ti的变化对准同型相界的影响规律,实验表明随着PMS、PNW含量和Zr/Ti的增加,材料体系逐渐由四方相向三方相过渡,获得了处于准同型相界附近的材料组成:PMS 的含量在5—6mol%、PNW的含量在2—3mol%、PZT的含量在91—93mol%、Zr/Ti的变化靠近50/50,同时具有高的机电性能.

铁掺杂对PNW-PMS-PZT压电陶瓷结构和性能的影响

采用传统电子陶瓷工艺制备了(PNW-PMS-PZT-x ω/%Fe2O3)四元系压电陶瓷,分析了陶瓷样品的相结构组成,结果表明1150℃烧结陶瓷为纯钙钛矿相结构,随着Fe2O3掺杂量的增加,材料体系由四方相向三方相过渡;随着Fe2O3添加量的增加,晶粒逐渐变大.详细研究了不同剂量的铁掺杂对压电陶瓷介电和压电性能的影响,随着Fe2O3掺杂量的增加,εr,d33和kp逐渐增加,Fe2O3掺杂量为0.2ω/%时达到各自的最大值,然后逐渐降低;随着Fe2O3掺杂量的增加,tanδ和Tc逐渐减少,Qm逐渐增大.Fe2O3掺杂量为0.2 ω/%的PNW-PMS-PZT压电陶瓷适合制作大功率压电陶瓷变压器.其性能为:εr=1965,tanδ=0.0059,kp=0.642,Qm=1358,d33=360 pC/N和Tc=225℃.

BZN陶瓷墨水的制备及其性质研究

采用一种水性多功能有机试剂Sokalan PM70对喷墨打印用Bi_2O_3-ZnO-Nb_2O_5(BZN)微波陶瓷材料的墨水制备及其性质进行了研究,重点讨论了PM70的添加量和BZN固含量对陶瓷墨水的稳定性和粘度的影响,获得了具有较高稳定性和较高固含量的喷墨打印用BZN陶瓷墨水,并利用MD-E-201H控制系统打印制备了平面电容器.利用Rodenstock RM600S激光厚度测试仪测量了不同条件下喷墨打印所制备的实际电容的厚度分布,讨论了打印脉冲控制参数对打印效果的影响.实验发现,当Sokalan PM70的添加量约为3.2wt%时,陶瓷墨水的稳定性最高,其固含量最高可达48.8wt%.此体系的墨水在驱动电压为10V,输出脉冲宽度为1.5,脉冲周期为800μs左右时可获得较好的打印效果.

铌酸钾钠陶瓷的低温制备及其介电性能分析

以柠檬酸为配位剂与金属离子配合,水作为溶剂,乙二醇为酯化剂,通过聚合物前驱体法制备(K0.5Na0.5)NbO3陶瓷。采用XRD和失重-差热(TG-DSC)研究了(K0.5Na0.5)NbO3晶相的形成过程,用SEM对所制得粉体和陶瓷的表面形貌进行了分析。结果表明,凝胶前驱体在加热过程中先反应生成NaNbO3和K2Nb8O21,然后二者固相反应形成K0.5Na0.5NbO3。所得粉体的粒径约为400 nm,呈柱状。1100℃所得陶瓷较致密,在0.1 MHz时的介电常数和介电损耗分别为405和0.036。所制备陶瓷在183℃和375℃时发生相变,其中375℃对应的相变为铁电相变。

PMN-PT弛豫铁电陶瓷的低温烧结与压电性能

以LiF为烧结助剂研究了PMN-PT 68/32弛豫铁电陶瓷的低温烧结和压电性能.结果表明:LiF烧结助剂完全固溶到PMN-PT陶瓷中形成具有复合钙钛矿结构的固溶体,无任何第二相存在.添加2.5%LiF烧结助剂可以使PMN-PT压电陶瓷的烧结温度从1250℃降到1000℃,而且该试样具有致密均匀的显微结构,其体积密度为7.87g/cm3,达理论密度的95%,其平面机电耦合系数为71%,压电常数为500pC/N左右,最大应变量达0.25%左右.

等静压诱导的PbLa(Zr,Sn,Ti)O_3陶瓷铁电反铁电相变性能研究

研究了等静压诱导掺镧La的Pb(Zr,Sn ,Ti)O3(PLZST)陶瓷材料的铁电 反铁电相变和介电压谱 ,结果发现介电压谱具有明显的扩散相变和频率弥散的特点 ,这一现象有利于拓宽人们对压力诱导的多组元弛豫型铁电体的扩散相变行为的认识和理解。

等静压和温度作用下Pb(Zr,Sn,Ti)O_3陶瓷的介电性能研究

对反铁电 -铁电相界附近的Nb掺杂Pb(Zr,Sn,Ti)O3 陶瓷 ,采用 2GPa等静压装置测试了其在不同等静压力下的介电温度性能 ,分析了各种介电异常 ,发现了精细的相变特性 .指出随着温度升高 ,在较低的等静压范围内发生反铁电 -铁电 -顺电相变 ,而在较高的等静压范围内发生反铁电 -顺电相变 .其中 ,铁电相分为微弱频率弥散的弛豫型铁电相和正常铁电相两个不同的介电性能区域 .最后 ,得到了该组分材料的温度

Nb或La掺杂的Ba(Ti0.9Sn0.1)O3基陶瓷的介电性能

研究了掺杂Nb2O5或La2O3的Ba(Ti0.9Sn0.1)O3基陶瓷的介电性能.结果表明:掺入0.5%(摩尔比)Nb或La后Ba(Ti0.9Sn0.1)O3基陶瓷的居里温度向低温方向明显移动,而且介电常数显著增大,室温介电常数达30000,峰值介电常数达35000左右,同时介电损耗也明显增加.

周期铁电畴压电陶瓷的制备和频谱特性研究

研究了复合结构的周期铁电畴压电陶瓷以及通过外加电场反向极化法制备的周期铁电畴压电陶瓷的厚度切变模式．分析了两种方法制备的周期铁电畴压电陶瓷的频谱特性,得出了铁电畴周期结构可以很好地抑制来源于纵向或径向振动的高次泛音的不良影响和通过外加电场反向极化法制备小周期铁电畴提高厚度切变模式谐振频率的方法,从而可以通过调整周期大小制备出在一定频率范围内呈现出具有感性的压电陶瓷．

Y^(3+)取代对La_(2)Ti_(2)O_(7)压电陶瓷性能的影响

采用传统固相法合成了不同取代量的类钙钛矿结构Y_(x)La_(2-x)Ti_(2)O_(7)陶瓷,研究了Y^(3+)取代对La_(2)Ti_(2)O_(7)压电陶瓷相结构及电性能的影响。结果表明,Y^(3+)的最大固溶量是x=0.20,在固溶极限以下所合成的陶瓷为单一的四层类钙钛矿纯相;A位Y^(3+)的取代使得La_(2)Ti_(2)O_(7)陶瓷的介电常数增加,介电损耗减小,且取代后陶瓷介电常数随频率变化的稳定性更好;Y^(3+)的加入提升了陶瓷的微波性能,使陶瓷的谐振频率变大,品质因数升高,介电损耗下降,其中Y_(0.10)La_(1.90)Ti_(2)O_(7)陶瓷的微波性能最好。

天然可生物降解聚合物壁材在微胶囊中的应用

微胶囊是指由高分子材料包埋而成的具有蛋壳式的微型容器,这种结构具有提高芯材的稳定性和控制芯材缓慢释放的能力。壁材对微胶囊的性能有至关重要的影响,但在倡导绿色可持续发展理念的今天,以天然可生物降解聚合物为壁材的微胶囊得到了更为广泛的关注。天然可生物降解聚合物具有微胶囊壁材所需的机械强度、溶解度、乳化性和稳定性等特性,所制备的微胶囊在医疗、药物、食品以及化妆品等行业有广阔的应用前景。用于微胶囊壁材的天然可生物降解聚合物主要分为多糖类、蛋白质类及脂类三种类型,本文综述了近年来天然可生物降解聚合物壁材的相关文献,详细讨论了各种壁材的功能特性、封装原理、微囊化技术和应用场景。总结指出,成本相对较低的多糖类物质制备的微胶囊水分散性更好,释放速率更快且芯材的利用度更高;而蛋白质类物质乳化性能突出,制备的微胶囊通常具有更高的包封效率和装载量;脂类物质在包封亲水性物质方面具有良好的特性。在工业化制备微胶囊的过程中,采用天然可生物降解聚合物复合壁材可能会逐渐成为主流。对现有天然可生物降解聚合物进行无害化改性,最终通过分子自组装实现对芯材的有效包封已经成为最新的研究热点。

反铁电储能陶瓷及电容器的极化特性

反铁电多层陶瓷电容器(MLCC)作为储能器件在脉冲功率技术、电力电子技术等领域具有重要的应用。与常规的I类或II类陶瓷电容器不同,反铁电电容器在出厂前会进行极化处理并标记极性。该极化过程可能对反铁电MLCC的应用带来影响,因此有必要研究反铁电陶瓷材料及电容器的极化特性。本工作采用固相反应法制备了电滞回线形状为“方直”和“细斜”的两类典型的反铁电陶瓷样品,通过对比未经极化与经过极化处理样品的电滞回线,分析预极化对反铁电陶瓷性能及储能密度的影响。通过不同温度退极化后反铁电陶瓷材料与MLCC电容值的差异,分析得出退极化现象对其性能的影响。结果表明:反铁电陶瓷材料及电容器未经过预极化或退极化后,极化强度、电容值与脉冲放电电流峰值均有所下降,且退极化程度均会随着温度升高而升高。对于“方直”型反铁电陶瓷材料,极性现象对其影响较为显著,而对于“细斜”型反铁电陶瓷材料,极性现象影响较为微弱。该研究对反铁电MLCC在实际应用中如何正确发挥出其优异的性能具有重要的意义。

海胆状氧化锌/羰基铁粉核壳结构复合粒子的抗氧化及吸波性能

针对羰基铁粉吸收剂在温度较高时易被氧化的问题,采用水热法制备了氧化锌包覆羰基铁粉核壳结构复合粒子,并分别将羰基铁粉和氧化锌/羰基铁粉核壳粒子与石蜡混合,制备复合材料。结果表明,氧化锌纳米棒致密的包覆在羰基铁粉颗粒表面形成海胆状核壳结构复合粒子,正是这种结构将羰基铁粉颗粒与空气隔绝,使得复合粒子的抗氧化性能得到显著改善。与羰基铁粉复合吸波材料相比,氧化锌/羰基铁粉核壳粒子的复合材料吸收峰稍向低频移动,反射损耗小于-5 d B的带宽几乎保持不变,在不改变电磁吸波性能的前提下,提高了羰基铁粉粒子的使用温度。

Al^(3+)对尖晶石型LiMn_2O_4正极材料的表面掺杂包覆改性

采用表面掺杂包覆改性的方法对LiMn2O4尖晶石型锂离子电池正极材料进行改性.以Al为表面掺杂元素,Al(NO3)3为原料,研究了Al3+掺杂量为7.1%(原子分数)时不同温度(300、400、500、600、700、750、800℃)下的改性效果.研究发现,随着热处理温度的升高,改性样品的最大比容量先升高后降低,在700℃达到最大值;循环衰减先增大后降低再增大;这是由于随着热处理温度的升高,包覆层逐渐分解并与LiMn2O4颗粒反应固溶,在750℃完全固溶,衰减达到极小值,而后固溶层向颗粒内部扩散,导致包覆层对颗粒免受电解液溶解的保护能力变弱,因而容量衰减增大.其中700℃热处理5h的样品最大比容量为133.6mAh·g-1,循环50周衰减3.4%.研究表明Al3+表面掺杂包覆改性有利于促进LiMn2O4尖晶石型锂离子电池正极材料的商业化生产,具有大规模应用的前景.

可快速充放电聚吡咯/碳纳米管复合材料电化学聚合与表征

采用恒电流法制备了具有可快速充放电性能的对甲基苯磺酸根(TOS-)掺杂聚吡咯/功能化单壁碳纳米管(PPy-TOS/F-SWNTs)复合材料,扫描电镜(SEM)结果表明该复合材料呈纳米棒状构成的多孔结构,棒径约为70nm;比表面积(BET)测试分析表明该复合材料有着较高的比表面积(12.64m2.g-1)和大的介孔孔隙率(20-40nm).循环伏安(CV)、电化学阻抗谱(EIS)和恒电流充放电(GC)电化学分析表明该材料具有优异的快速充放电性能,在800mV的电位窗和2.5A.g-1(功率密度为2kW.kg-1)的电流密度下该材料具有211F.g-1的比容量(能量密度为18.7Wh.kg-1),而当充放电电流高达80A.g-1(功率密度为60kW.kg-1)时比容量仍可达141.8F.g-1(能量密度为12.6Wh.kg-1),同时该材料还表现出优异的稳定性,在10A.g-1大电流下经历10000圈循环后容量仍保持95.2%.